1 中国海洋大学海洋技术学院/三亚海洋研究院,山东 青岛 266100/海南 三亚 572024
2 青岛海洋科学与技术试点国家实验室,山东 青岛256237
3 国家卫星海洋应用中心,北京100081
利用黄海不同季节实测生物发光数据, 结合同步测量的固有光学性质数据, 基于辐射传输模拟, 分析了生物发光所致离水辐亮度(Lw-bio)的数值变化和光谱变化, 并讨论其与固有光学性质及生物发光所处深度的联系。 主要结论如下: (1)黄海水体Lw-bio幅值不仅具有显著的季节变化特征, 同时具有显著的空间变化特征, 影响其变化的主要因素除水体本身发光生物的丰度和发光能力外, 与水体自身固有光学性质和发光生物所处深度有关。 (2)在光谱变化方面, Lw-bio最大峰值波长漂移不仅随着生物发光所处深度加深而增大, 同时与固有光学性质有关, 在固有光学性质其值较大的水体, 当生物发光的光源深度位于表层以下, Lw-bio峰值波长可由蓝光波段(474 nm)变为绿光波段(最大可移动至578 nm); 在固有光学性质其值较小的清澈水体中, 辐亮度光谱变化较弱, 其Lw-bio峰值波长仍在蓝光波段范围内(最大可移动至500 nm)。 (3)黄海海域宽泛的固有光学性质对生物发光光源的几何深度反演影响较大, 但可通过Lw-bio的光谱信息, 反演光源的几何深度。
黄海水体 辐射传输 固有光学性质 生物发光所致离水辐亮度 The Yellow Sea Radiative transfer Inherent optical properties Water leaving radiance originated from bioluminescence 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1899
厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室, 海洋与地球学院, 福建 厦门 361102
太阳辐射(光)能够穿透水体,照耀水体的上层,驱动浮游植物的光合作用和加热水体。同时,水中物质对光的散射导致一部分光逃离水体并进入大气层,从而成为从卫星高度反演水中物质的含量、成分的信息源。因此,理解、刻画光在水中的传播形式以及其与水中物质的关系是海洋光学和水色遥感的最基础的要求和课题。光的空间变化由辐射传递方程决定,但该方程不能够直接用于遥感反演,也不能够直接表达表观光学量与固有光学量之间的关系。通过简单的数学推导,?as将辐射传递方程转换成一个优美的两流模式来描述上行和下行辐照度随深度的变化形式,并进一步推导出表观光学量与固有光学量之间的解析关系。该模型给出了海洋光学中最基本的关系式,为水色遥感的半解析算法的研发奠定了基础。
光学学报
2022, 42(12): 1200004
1 卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 国家海洋局第二海洋研究所, 浙江 杭州 310012
2 遥感与智能信息系统研究中心, 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
颗粒后向散射系数是水体主要的固有光学特性, 也是海洋水色的决定因子和海洋水色卫星遥感反演的基础参数。 当前, 利用光学仪器现场原位测量是获取水体颗粒后向散射系数的主要方法。 由于光源自身和仪器光路中镜面反射和折射, 其出射光源可能存在一定的偏振, 进而会影响水体后向散射系数测量的精度。 目前, 关于水体后向散射系数测量仪器的光源偏振性及其对颗粒后散射系数测量精度影响的研究尚为空白。 针对该问题, 以应用广泛的水体后向散射测量仪HydroScat6(HS-6)为例, 对其出射光源的偏振特性进行了系统测量, 并进一步开展了光源偏振对水体颗粒后向散射系数测量精度影响的实验研究。 结果表明, HS-6六个光学通道除590 nm通道出射光源偏振度略低外(~15%), 其他通道出射光源中心波长偏振度均在20%~30%。 因此, HS-6出射光源具有显著的偏振特性。 光源偏振对颗粒后向散射系数测量具有不可忽略的影响, 且影响程度随着波段, 线偏振角度及悬浮泥沙浓度而变化。 不同悬浮泥沙浓度下, 光源偏振引起的420, 442, 470, 510, 590和670 nm六个波段的平均偏差可达15.49%, 11.27%, 12.79%, 14.43%, 13.76%, 12.46%。 因此, 利用光学仪器现场测量颗粒后向散射系数需要考虑光源偏振的影响, 并需尽可能降低出射光源的偏振度。
偏振 后向散射系数 固有光学特性 水色遥感 Polarization Backscattering coefficient Inherent optical properties Ocean color remote sensing
1 中国海洋大学环境科学与工程学院， 山东 青岛 266100
2 国家海洋局第一海洋研究所海洋物理与遥感研究室， 山东 青岛 266061
3 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室， 广东 广州 510301
在珠江口海域海洋光学浮标实验中获取一次聚生角毛藻赤潮生消过程的水体光学数据和相应的生化数据。利用该数据，分析了赤潮生消过程中水体光谱吸收和后向散射等光学性质的时间序列变化。研究发现，在赤潮生消过程中，浮游植物色素、非藻类颗粒物以及黄色物质等水体组分吸收变化显著，赤潮爆发期各组分光谱吸收增强并达到最大值，赤潮消亡期各组分光谱吸收降低并至最小值；赤潮爆发期与赤潮发展和消亡期相比，浮游植物的光谱吸收贡献增加约16%，黄色物质的吸收贡献减小约18%，而非藻类颗粒物的吸收贡献变化不大；赤潮爆发期后向散射系数明显增大，日变化幅度大，赤潮发展期和赤潮消亡期后向散射系数较小，赤潮消亡期后向散射系数降至最低；颗粒物后向散射系数与叶绿素a浓度的相关性优于悬浮物浓度。有机颗粒物浓度虽然在总颗粒物浓度中占主导地位，但是颗粒物后向散射与无机颗粒物的相关性更高。
海洋光学 固有光学性质 吸收特性 散射特性 赤潮 生消过程 光学学报
2011, 31(11): 1101004
1 数字地球重点实验室, 中国科学院对地观测与数字地球科学中心, 北京 100101
2 遥感科学国家重点实验室, 中国科学院遥感应用研究所, 北京 100101
3 国家海洋技术中心, 天津 300112
4 国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
水色遥感反演算法中半分析模型的建立需要已知水体固有光学量, 文章基于现场实测数据建立了由遥感反射率反演固有光学量模型。 对2003年春季黄东海航次所测数据进行了介绍, 详细阐述了遥感反射率、 颗粒物后向散射和吸收系数的测量方法。 基于生物光学模型, 利用单纯形优化算法由遥感反射率来反演水体固有光学量, 并将反演结果与实测数据进行了比较, 除水之外物质吸收系数的均方根相对误差小于33％, 颗粒物后向散射系数则小于30％, 对引起误差的原因进行分析表明, 本研究方法能够为黄东海水体固有光学量的反演提供一条有效途径, 为遥感数据应用于黄东海水体生物光学特性的研究提供一个参考模型。
固有光学量 表观光学量 水色遥感 优化 Inherent optical properties Apparent optical properties Ocean color remote sensing Optimization 光谱学与光谱分析
2011, 31(5): 1403
国家海洋局第二海洋研究所 卫星海洋环境动力学国家重点实验室，杭州 310012
吸收系数和衰减系数是水体的固有光学量，也是水色遥感的基本参数，对于水色遥感建模和反演具有重要的作用.高光谱水体吸收衰减测量仪则是目前国际上原位测量水体吸收和衰减系数的主要仪器.本文详细阐述了该仪器数据处理的原理、方法及步骤，并且将之应用于2009年冬季东海航次的测量数据，获得了原位的东海冬季水体吸收和衰减系数分布特征.本文方法可以较好地剔除异常数据，获得高精度的水体吸收和衰减系数数据，可为水色遥感模型开发与验证提供可靠的现场测量数据.
吸收系数 衰减系数 固有光学量 水色遥感 Absorption coefficient attenuation coefficient inherent optical properties ocean color remote sensing
1 国家卫星海洋应用中心, 北京100081
2 大连海洋大学海洋工程学院, 辽宁 大连116023
根据2008年5月和2009年8月在辽宁省盘锦市石油类污染水体配比试验和现场试验获取的光学特性数据及生物化学特性数据, 分析了石油类含量和后向散射系数数据的关系。 结果表明: 河口区的后向散射系数幂律指数遵循随着悬浮物浓度增加而减小的对数变化规律； 440～856 nm波长范围内单位后向散射系数在0.006～0.035 m2g-1之间, 并且随波长增加而减小； 石油类含量对后向散射系数的影响集中反映在石油类单位后向散射系数(单位石油类含量的后向散射系数)上, 石油类单位后向散射系数与石油类含量呈乘幂变化规律, 且随波长的增加而减小； 石油类含量对后向散射系数幂律指数影响小。
海洋光学 固有光学特性 后向散射系数 石油类含量 Oceanic optics Inherent optical properties Backscattering coefficients Petroleum concentration 光谱学与光谱分析
2010, 30(9): 2438
